Mecanismos de Transferencia de Calor: Conducción

Resistencia de contacto

Ejercicio guiado

Curso de adaptación a Grado de Ingeniería Mecánica

Una pared compuesta separa gases de combustión a 2600ºC de un líquido refrigerante a 100ºC, con coeficientes de convección del lado de gas y del líquido de 50 y 1.000 W/m2K, respectivamente.

La pared se compone de una capa de óxido de berilio (k = 21,5 W/m·K) de 10 mm de espesor en el lado del gas y una placa de acero inoxidable (AISI 304, k = 25,4 W/m·K) de 20 mm de grosor en el lado del líquido. La resistencia de contacto entre el óxido y el acero es de 0,05m2·K/W.

¿Cuál es la pérdida de calor por unidad de superficie del compuesto?

Dibuje la distribución de temperaturas del gas al líquido.

Enunciado

PROPIEDADES:

Conductividad térmica del acero kacero = 25,4 W/mK

Conductividad térmica del óxido de berilio koxido_berilio = 25,4 W/mK

1. Dibuja el esquema del problema

2. Introduce las condiciones de contorno y las

propiedades de los materiales y fluido

3. Dibujar esquema de resistencias térmicas

Convección entre gases y paredConducción a través de la pared de óxido de berilio

Resistencia de contacto entre superficiesConducción a través de la pared de acero

Convección entre pared y refrigerante

planteamiento

1. Condiciones de operación estacionarias

2. La transferencia de calor es unidireccional

3. Las conductividades térmicas se mantienen constantes

4. La transferencia de calor por radiación es despreciable.

planteamiento

4. Define las hipótesis

5. Identifica las cuestiones: ¿qué es lo que se pide?

La pérdida de calor se refiere simplemente al calor que atraviesa la paredDistribución de temperaturas: necesitaremos conocer el calor previamente, y la temperatura en algún punto (tenemos los extremos)

2,

1

21

h2aceroct,berh1

21

total

21

11hk

LR

kL

h

TT

RRRRR

TT

R

TTq

acero

aceroct

ber

ber

resolución6. Plantea la formulación del

esquema de resistencias del circuito equivalente

7. Calcula las resistencias térmicas

8. Aplica los valores numéricos conocidos

2 W/m34600

K/Wm 1000

14,25

02,005,0

5,2101,0

501

1002600

2

q

Pérdida de calor

1. Temperatura de la superficie del óxido de Berilio. Empleamos resistencia de convección entre gases de combustión y pared

1

11

1

11

1h

TT

R

TTq s

h

s

C1908º Cº W/m50

W/m34600-Cº2600

2

2

111 h

qTTs

resoluciónDistribución de temperaturas9. Plantea la formulación del

esquema de resistencias pared por pared o

resistencia por resistencia, no con la

resistencia total

Transferencia por convección entre gases de combustión y

pared del óxido

Comenzaremos desde el extremo del óxido de Berilio (ºC). Es posible comenzar

desde el lado opuesto, obteniendo el mismo resultado

Cº1892 W/m34600 W/mº·C1,52

m 01,0Cº1908 2

11 qk

LTT

A

Asc

Cº 162W

Km 0,05

m

W 34600-Cº 1892

2

2,12,

21

ctccct

cc RqTTR

TTq

Cº6,134 W/m600.34 W/mK25,4

m 0,02-Cº 162 2

2222

q

k

LTT

kLTT

qB

Bcs

B

B

sc

resolución2. Temperatura de la cara interior del óxido de Berilio. Empleamos la resistencia de conducción a través del óxido.

Sabiendo:

A

A

Cs

kLTT

q 11 Recordad que el calor que

atraviesa cada pared es el mismo

3. Temperatura de la cara interior del acero. Empleamos la resistencia de contacto entre óxido y acero.

4. Temperatura de la cara exterior del acero. Empleamos la resistencia de conducción a través del acero.

Así, la distribución de temperaturas será de la siguiente forma:

resolución

www.mondragon.edu/muplus

gracias